大米淀粉的制备和应用
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大米淀粉的制备和应用
摘要:大米淀粉是一种重要的谷物淀粉,具有颗粒细小等独特的性质。介绍了大米淀粉的制备方法,包括碱浸法、表面活性剂法、超声波法、酶法和物理分解法等;对大米淀粉在化妆品扑粉、照相纸的粉末、造纸施胶、润滑剂、糖果的糖衣、药片的赋形剂、淀粉糖、改性米淀粉、缓慢消化淀粉、淀粉基脂肪替代物、抗性淀粉以及多孔淀粉等的应用现状进行了叙述。Abstract: rice starch is an important kind of cereal starch, with fine particlesand other unique properties.Introduced the preparation method of rice starch,including alkali leaching and surface active agent method, ultrasonic method and enzyme method and physical decomposition;of rice starch in the cosmetics powder, photographic paper powder, paper sizing, lubricants, candysugar, tablet excipients, starch sugar, modified rice starch, slowly digestiblestarch, starch based fat substitutes, resistant starch and porous starch and application of status are described.关键词:大米淀粉;制备;应用
Keywords: rice starch;preparation;application 大米是中国乃至亚洲最主要的粮食品种之一，其产量占全国粮食的40%，中国有60%的人口以大米为主食。但因每年储粮损耗率过高，给国家财政和粮库带来严重的负担和压力。因此我国必须建力粮食转化能力，迅速提升粮食的利用价值和附加值，促进我国粮食的可持续发展。
淀粉和蛋白质是大米的主要成分，其中淀粉含量高达80%左右，蛋白质达8%左右。虽然淀粉工业的三大原料是玉米、小麦和马铃薯,大米淀粉只占13%,不到玉米的一半,列第4位,但是大米淀粉却因其独特的性能和用途,具有很好的市场前景。目前国际市场对高纯刀豆文秘助手淀粉需求很大（蛋白质含量低于0.5%左右），将糙米、霉米、碎米等不宜于人类食用的米制备成大米淀粉大大提高其附加值。而且颗粒表面蛋白质-类脂物残留低的高纯度淀粉在存储期间不易发生酸败，可长期储存，从而解决库存谷物严重浪费的问题。
1.大米淀粉的制备 大米淀粉具有颗粒细小,分子大小范围窄,低过敏等特点,在化妆品粉底、脂肪替代品、婴儿食品、纤维织物的上浆剂、照相纸以及洗衣业上都有特殊的用途[7～9]。因此,尽管其生产成本较高,但仍有部分大米或碎米用来加工制取淀粉。比利时、德国、荷兰和意大利等国家的大米淀粉生产量大一些,美国、埃及和叙利亚等也有生产。
1.1碱浸法
大米淀粉是以复粒形式紧紧包含在蛋白质网络中,两者之间的结合力非常紧密,水或亚硫酸液无法破坏这种结合力。因大米蛋白中至少有80%的是碱溶性蛋白,因此可用稀碱液来浸泡软化米粒,国内外有关碱浸法制备大米淀粉的文献报道很多[9～12]。通常生产时,首先将碎的大米在0.3%～0.5%氢氧化钠水溶液中浸泡12～24h,湿磨得到的悬浮液静置10～ 12h,然后筛除纤维质并用离心机分离出分散的淀粉粒,水洗干燥后即为成品淀粉。浸泡水和冲洗水经盐酸中和进行蛋白质的回收,提纯后可供食用或饲料用。这是最常用的制备大米淀粉的工业方法,但这种方法往往会降低所提取蛋白质和淀粉的品质,同时还会产生盐和其它有害的废料。
1.2表面活性剂法
此方法是实验室制备大米淀粉的常用方法。将精米在3～4倍体积表面活性剂(常用的是1%～2%DoBs～0.12%Na2SO3)中浸泡24～48h,倒掉上层清液,残余部分经过干燥后在研钵中研磨成粉即可以得到成品大米淀粉。
1.3超声波法
将约5g精米粉末溶于45mL蒸馏水中,用10kHz超声波作用10～20min。然后采用200目筛网过滤均浆,静置滤液,除去上层暗黑层,将下层物质清洗数遍,经干燥粉碎得成品大米淀粉。
1.4酶法
传统碱浸法会产生大量碱性废液,造成环境污染,同时还会产生盐和其它有害的废料影响产品质量,因此此方法将逐渐被酶法所替代。取湿磨大米粉配成约35%米粉乳液,于55℃、pH10条件下加入0.5%蛋白酶,温和搅拌l8h,反应过程中要补充NaOH以维持pH恒定。反应后乳液经200目筛过滤,离心(3000g/20min),去除上层黑黄色上清液,沉淀层用50mL水清洗两遍,再离心(3000g/15min),去除上清液,重复此清洗过程,后将沉淀物分散于50mL水中,调节pH到7,再离心(1000g/20min),刮掉暗色上层,用水将下层沉淀物清洗3遍,干燥即得成品。此法制备大米淀粉成本约为碱法两倍,这主要是蛋白酶成本较高。
1.5物理分解法
近60年来,世界各国生产大米淀粉的加工方法一直没有很大的改进,基本是将糙米浸泡在氢氧化钠溶液中达数小时,以分解其中含有的蛋白质和淀粉－－－即碱浸法。经过4年的研究,美国科学家最近发明了一种价效比更高的新方法,即利用一种特别的均质器所产生的高压,对大米中的淀粉和蛋白质聚成块进行物理分解。大米只需一次性通过这种设备,即可产生水状的颗粒均匀的淀粉和蛋白质微分子,然后通过基于密度的传统分离工艺对其中的淀粉和蛋白质进行分离。这种新工艺可保留所提取大米蛋白质和淀粉原有的品质,生产出的蛋白质和淀粉与传统的加工方法相比具有更好的完整性与功能性。美国科学家认为,这种新方法有可能对大米淀粉和蛋白质生产业带来革命性变化。这种新方法预计将于2006年正式投入商业性应用。同时,美国科学家正在研究采用同样的工艺从米糠中提取蛋白质、油以及淀粉。
2.大米淀粉的应用
大米淀粉颗粒细小,糊化的米淀粉吸水快,质构非常柔滑似奶油,具有脂肪的口感,且容易涂抹开[15,16]。蜡质米淀粉除了有类似脂肪的性质外,还具有极好的冷冻-解冻稳定性,可防止冷冻过程中的脱水收缩[16,17]。此外,大米淀粉还具有低过敏[9,16,17]的特性等。基于这些特性,大米淀粉的用途很广泛。
2.1化妆品扑粉
如前所述,大米淀粉颗粒微小,即使有微细的凹凸也能很好地添埋而变成平滑的表面,使之具有光溜、平滑的触感。另外,由于它的颗粒呈角形,很少会发生像马铃薯淀粉那样脱落的现象,能很好地附着在人的皮肤表面,而且化妆的润饰程度良好
2.2照相纸的粉末和造纸施胶
作为照相纸粉末用,这是利用大米淀粉能良好地吸着碱性色素、且能很好地固定在纸表面的凹处等特性。利用这些性质可以获得印字和印像鲜明、不易擦掉的照片和拷贝。另外,在造纸的施胶方面也有同样的用途。
2.3润滑剂
和前述化妆品的情况一样,大米淀粉能很好地固定在凹点,不易脱落,常用在食品和橡胶工业等方面作为手粉、撤粉等润滑剂用。
2.4糖果的糖衣和药片的赋形剂
大米淀粉颗粒小,吸水快,质构细腻,白度高,是理想的糖衣制剂;而且其抗过敏性反应低,香味柔和,同样可用于药片的赋形剂。
2.5生产淀粉糖
以米淀粉为原料,采用生物技术可直接生产各种类型的淀粉糖,如葡萄糖浆、结晶葡萄糖、麦芽糊精、麦芽糖浆、超高麦芽糖、结晶麦芽糖、麦芽低聚糖以及异麦芽低聚糖,主要应用于食品工业和医药工业中作为增稠剂、填充剂、赋形剂和功能因子。用量比例很高也不致影响食品或药品的风味,可以直接使用在糖果、饼干、面包、果酱、果冻、冷饮、饮料、冰激凌、香肠、火腿肠、糕点、固体饮料、乳儿糕、方便面等各类食品中,使食品的结构向功能化方向转变。
2.6生产改性米淀粉
变性后的大米淀粉具有更优良的性质,应用更方便,适合新技术操作要求,提高应用效果,并开辟新用途。目前美国和欧洲兴起了淀粉研究开发的热潮。应用现代生物技术可以将包括碎米、陈籼稻、早籼稻等在内的稻米淀粉改性后,转化为抗性淀粉、多孔淀粉、缓慢消化淀粉、新脂肪替代物等更具特色和新用途的产品。
2.6.1缓慢消化淀粉
缓慢消化淀粉是一种可以被酶完全缓慢降解的淀粉。美国农业部南部研究中心研究开发的改进米淀粉新产品“Ricemic”,是以大米粉为原料,先分离蛋白质,再经加热和酶处理工艺加工成100%延缓消化、50%加快消化和50%延迟消化的改性米淀粉制品。这类改性米淀粉经临床应用证明,可有效改善糖负荷,将成为一种糖尿病患者的新食品。这种产品的另一种用途是作为运动员,尤其是马拉松等长跑运动员的碳水化合物补充剂,因为这种缓慢消化的淀粉能够使运动员在运动过程中有一个稳定特久的能量释放来保持耐力。
2.6.2淀粉基脂肪替代物
大米淀粉制取脂肪替代物技术,是应用生物技术等把米淀粉转化为无油脂肪的高新技术。新脂肪替代物十分适合加工酸奶和部分替代奶油的乳制品,它具有奶油的外观及口感,通过不同含量的调配,可加工成供人造奶油生产的加氢油脂。如世界上最大的米淀粉生产商－－－比利时A&BIngredient公司已将改性米淀粉正式用于无奶油奶酪、低脂肪冰激淋、无脂肪人造奶油、沙司和凉拌菜调味料的生产,取得了可观的经济收益。据资料报道,大米淀粉是脂肪模拟品的良好原料。因为它不会像脂肪酸酯那样因摄入过多而引起腹泻和腹部绞痛等副作用,影响机体吸收某些脂溶性的维生素和营养素;也不会像蛋白质为基质的脂肪模拟品使某些人群产生过敏反应。大米淀粉采用淀粉酶水解制备的低DE值麦芽糊精可以作为脂肪替代品在食品中广泛应用,王俊芳等就曾研究过大米酶解制备麦芽糊精在蛋糕中应用。同样,经过超微粉碎后,大米淀粉也可以制备脂肪替代物。
2.6.3抗性淀粉
抗性淀粉的开发,是淀粉研究领域的崭新课题。这是一类特殊的淀粉,不能被胰淀粉酶酶解,因而不能被小肠消化吸收参加新陈代谢,但是能进入结肠,从而被其中的微生物群发酵利用。美国路易斯安那州南方研究所已经发明了一种以大米为基质的抗性淀粉产品,适合于肥胖和糖尿病患者。它不像一般纤维成分会吸收大量水分,当添加于低水分产品时不影响其口感,也不改变食物风味,可作为低热量的食物添加剂。进入结肠后可促进有益细菌的增殖,改善结肠菌落结构,对治疗肠道类疾病有特殊功效。应用抗性淀粉作为食物原、配料时,除提供多种健康功能外,且可作为低热量的食物添加剂,而且研究表明:添加颗粒抗性淀粉的食品比添加传统纤维的食品具有更好的外观、质地和口感,颗粒抗性淀粉可以改善一些食品的膨胀性和脆性。
2.6.4多孔淀粉(微孔淀粉)多孔淀粉是将天然淀粉经过酶解处理后,形成的一种蜂窝状多孔性淀粉载体。由于其表面具有很多伸向淀粉粒中心的小孔,淀粉颗粒中心是中空的,因而具有良好的吸附性能,可用作功能性物质的吸附载体,广泛应用于医药、化工和食品等行业。大米淀粉颗粒小,比表面积大,因此所制备的产品比其他种类淀粉的具有更强的吸附力。多孔淀粉吸附的目的物质主要有:!在空气中易氧化、分解和光敏性物质,如DHA、EPA、维生素E、维生素A、胡萝卜素、番茄红素、色素;"需要缓慢释放的物质,如药品、农药、香料、甜味剂(天冬甜素)、酸味剂、香辛料、酶、调味料;需要粉末化的油脂或脂溶性的物质需要高倍率均质稀释的物质或需要均质混合的密度大的物质,如药品、色素、胱氨酸、农药有不良气味(苦、臭味)的物质。迄今,多孔淀粉的研究只有不到l0年的时间。有关多孔淀粉的理论和应用研究正在深入进行。多孔淀粉的应用除了日本有少数产品以外,其它的基本上还处于研究阶段。利用多孔淀粉吸附各种物质后的保护作用以及延缓释放性能,分别以口香糖用咖啡香精、尿素、杀虫剂、双歧杆菌、维生素A为目的物,再添加到各种食品中,可以制成各种功能性食品,如婴幼儿食品、老年食品及其它的特殊人群食品。
总之,由于大米淀粉具有自身独特的物理化学性质,人们对它的研究将是方兴未艾,必定会摸索出一套工艺流程简单、生产成本低廉、产品纯度高的制备方法,同时由于产品纯度的提高必将会给其应用带来更加广阔的前景。
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--物理化学论文
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